Многодисковое сцепление

Главная  »  Сцепление »  Многодисковое сцепление

Сцепление, включающее более трех дисков, называется многодисковым. Увеличение количества дисков увеличивает площадь поверхности соприкосновения и соответствующую ей силу трения, что позволяет передавать больший крутящий момент. Это качество многодискового сцепления определяет его применение на мощных легковых автомобилях (спорт, тюнинг), грузовых автомобилях, строительных машинах.

С другой стороны пакет дисков позволяет значительно уменьшить габаритные размеры сцепления. Именно поэтому многодисковое сцепление применяется на двухколесных транспортных средствах (мотоциклах, скутерах).

Конструктивную основу многодискового сцепления составляет пакет дисков, включающий чередующиеся между собой стальные и фрикционные диски. Количество дисков зависит от величины передаваемого крутящего момента.

Фрикционные диски представляют собой стальные диски с нанесенным фрикционным покрытием. В качестве фрикционных дисков могут использоваться диски из прочной пластмассы. Каждый фрикционный диск имеет внутренний зубатый венец, с помощью которого крепится к ступице первичного вала коробки передач. На ступице выполнены шлицы, по которым диски могут перемещаться.

Стальные диски имеют внешние зубчатые венцы, которыми они фиксируются в барабане (корзине сцепления). Барабан также имеет шлицы для перемещения дисков. Барабан жестко соединен с маховиком.

Многодисковое сцепление постоянно замкнутое. Положение дисков в замкнутом состоянии поддерживает пружина. Размыкание сцепления производится путем перемещения ступицы и преодоления усилия пружины.

Многодисковое сцепление может быть сухого и мокрого типа. Мокрое сцепление частично заполнено маслом, которое обеспечивает плавное соединение (разъединение) дисков, отвод от них тепла, смазку конструктивных элементов сцепления, облегченное перемещение дисков по шлицам. При всех неоспоримых достоинствах мокрое сцепление имеет низкий коэффициент трения. Этот недостаток компенсируется увеличением давления на диски, применением новых фрикционных материалов.

Под термином «сцепление» традиционно понимается устройство, соединяющее двигатель с коробкой передач. Вместе с тем многодисковая фрикционная муфта нашла широкое применение и в других системах автомобиля, среди которых автоматическая коробка передач, роботизированная коробка передач, дифференциал, системы полного привода.

В автоматической коробке передач фрикционные многодисковые муфты осуществляют подвод крутящего момента к отдельным планетарным передача (рядам). Многодисковая муфта используется в роботизированной коробке передач с двойным сцеплением, например в шестиступенчатой коробке DSG. Пакет фрикционных дисков применяется в межосевом и межколесном дифференциале для его полной или частичной блокировки.

Наиболее широко многодисковая фрикционная муфта представлена в различных системах полного привода. В системе постоянного полного привода муфта устанавливается в раздаточной коробке. Система полного привода, подключаемого автоматически, полностью построена на управляемой фрикционной муфте. Многодисковая муфта Haldex, известная благодаря Volkswagen и его системе 4Motion, отвечает за автоматическое подключение задней оси автомобиля.

Многодисковые фрикционные муфты имеют, как правило, гидравлический (реже электрический) привод и электронное управление.

Однодисковые фрикционные сцепления.

Ступенчатые трансмиссии



Однодисковые сцепления получили наибольшее применение вследствие простоты конструкции, незначительного момента инерции ведомых деталей, лучшего теплоотвода и полноты выключения.

Конструкцию однодисковых сцеплений и особенности их работы рассмотрим на примере сухого однодискового сцепления автомобилей марки «ВАЗ» и «ЗИЛ».

***

Сцепление легкового автомобиля

Устройство однодискового сцепления легкового автомобиля ВАЗ-2110 представлено на рис. 1. Конструктивно оно представляет собой постоянно замкнутое, сухое сцепление с мембранной центральной нажимной пружиной и механическим приводом.

Стальной штампованный кожух сцепления 3 крепится к маховику 6 шестью болтами 4, а с нажимным диском 5 соединяется тремя парами упругих стальных пластин 18, которые обеспечивают перемещение нажимного диска в осевом направлении и передают крутящий момент с кожуха на нажимной диск.
Кожух центрируется относительно маховика с помощью штифтов.
На кожухе с внутренней стороны устанавливаются кольца 19, являющиеся опорами для мембранной пружины. На нажимном диске выполнен кольцевой выступ, на который нажимная пружина опирается своим наружным краем.

Нажимная пружина 11 выполняется методом штамповки из листовой стали и в свободном состоянии имеет форму усеченного конуса. Внутренняя часть нажимной пружины имеет радиальные прорези, которые образуют лепестки, работающие как рычаги. Давление пружины создается ее участком между опорными кольцами и наружным краем пружины.
Ведущие детали сцепления проходят статическую балансировку путем высверливания металла на нажимном диске.

Ведомый диск 7 сцепления состоит из диска с фрикционными накладками 16 и гасителя крутильных колебаний. Диск стальной, с радиальными прорезями, делящими его на сектора, отогнутые поочередно в разные стороны, что придает волнообразную форму его рабочей поверхности.

К секторам ведомого диска независимо одна от другой приклепаны фрикционные накладки 16. Головки заклепок утопают в отверстиях накладок, а их стержни расклепаны на поверхности ведомого диска. Для этого в противоположной фрикционной накладке выполнены отверстия бόльшего диаметра.
Такое крепление накладок способствует повышению плавности включения сцепления.

Ведомый диск соединяется со ступицей 15 с помощью гасителя крутильных колебаний, позволяющего смещаться ступице относительно диска в тангенциальном направлении (по касательной) за счет деформации пружин 17 гасителя.
Поглощение энергии колебаний происходит при совершении работы трения фрикционных элементов, расположенных между ведомым диском и диском, к которому приклепана ступица. Усилие, сжимающие эти диски, установлено при сборке на заводе-изготовителе.

Окна в ступице делаются одинаковыми, а в ведомом диске часть окон имеет бόльшую длину, поэтому не все пружины начинают деформироваться одновременно. Это позволяет расширить диапазон колебаний, при которых гаситель начинает эффективно работать.

***



Сцепление грузового автомобиля

На автомобилях марки «ЗИЛ» применяется сухое однодисковое сцепление с периферийным расположением нажимных пружин, гасителем крутильных колебаний и механическим приводом (рис. 2).
Общее устройство такого сцепление во многом похоже на устройство рассмотренного выше сцепления легкового автомобиля, но здесь в качестве нажимного устройства вместо центральной мембранной пружины применяются периферийно расположенные цилиндрические витые пружины.

Чугунный нажимной диск 2 расположен в стальном штампованном кожухе 12, прикрепленном восемью центрирующими болтами 21 к маховику 1 двигателя.
Диск соединяется с кожухом четырьмя упругими пластинами 14, концы которых заклепками крепятся к кожуху и болтами с втулками – к нажимному диску. Через эти пластины усилие передается от кожуха сцепления на нажимной диск, в то же время, благодаря упругой деформации пластин, диск может перемещаться в осевом направлении.
Между кожухом и диском установлено шестнадцать нажимных пружин 13. Пружины центрируются на нажимном диске с помощью специальных выступов и опираются на него через теплоизолирующие шайбы 15.

Между маховиком и нажимным диском расположен ведомый диск 3, установленный на шлицах первичного вала 4 коробки передач. К стальному диску заклепками приклепывают фрикционные накладки, которые увеличивают коэффициент трения, а радиальные прорези в диске предотвращают его коробление при нагревании, а также служат своеобразными каналами для отвода теплоты от диска.
Диск балансируется с помощью балансировочных пластин.

Гаситель крутильных колебаний устроен следующим образом.
Ведомый диск 3, кольцо 33 гасителя и стальные фрикционные пластины 31 соединены друг с другом заклепками. К ступице 30 приклепаны два диска 29 гасителя и маслоотражатель 32.
Упругой муфтой гасителя является восемь равномерно расположенных по окружности пружин 28. Каждая пружина вместе с опорными пластинами 27 размещена в прямоугольных вырезах ведомого диска 3 и дисков 29 гасителя. Опорные пластины имеют четыре боковых выступа, удерживающих их в вырезах ведомого диска.

Фрикционным элементом являются поверхности трения фрикционных пластин 31 и внутренние поверхности дисков 29 гасителя.
При сжимании пружин гасителя возможно поворачивание ступицы относительно ведомого диска, при этом преодолеваются силы упругости пружин и силы трения в фрикционном элементе (рис. 3). Максимальный угол закручивания определяется полным сжатием пружин до соприкосновения витков.

Четыре рычага 5 выключения сцепления (рис. 2) соединены с помощью осей 18 и игольчатых подшипников 20 с нажимным диском 2 и вилками 6. Вилки присоединены к кожуху регулировочными гайками 16, имеющими сферическую опорную поверхность.
Гайки прижимаются к кожуху стопорными пластинами 17, каждая из которых закреплена на кожухе двумя болтами. Благодаря сферической поверхности гаек вилки могут покачиваться относительно кожуха, что необходимо при повороте рычагов выключения (при выключении и включении сцепления). Этими же гайками регулируется положение рычагов при сборке сцепления.

***

Сухое двухдисковое сцепление



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71
  

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Что такое однодисковое сцепление | Конструкция однодискового сцепления

Важный момент

1

Что такое однодисковое сцепление?

Однодисковое сцепление состоит из диска сцепления и работает по принципу трения. Они бывают двух типов: со спиральной пружиной и с диафрагменной пружиной.

В муфтах винтового пружинного типа винтовые пружины используются равномерно по площади поперечного сечения нажимного диска для подавления осевого усилия. В муфте с диафрагменной пружиной диафрагменная пружина используется для высвобождения осевой силы.

Также прочтите: Кондукторы и приспособления | Что такое приспособление | Типы приспособлений | приспособления приспособлений и приспособлений | Что такое приспособление | Типы светильников | Крепления приспособлений и приспособлений

Конструкция однодискового сцепления:

Различные части однодискового сцепления расположены в систематическом порядке для обеспечения его надлежащего функционирования. Самой важной частью однодискового сцепления является сцепление. Диск, состоящий из диска сцепления с фрикционными накладками с обеих сторон.

Существуют и другие детали, которые помогают правильному функционированию сцепления, такие как маховики, нажимные диски, упорные подшипники, ступицы, пружины и механизмы включения и выключения сцепления.

Диск сцепления перемещается в осевом направлении на ведомом валу и соединен со ступицей между маховиком и нажимным диском. Единственная пластина для диска сцепления должна быть в сцеплении, фрикционная накладка с обеих сторон, так как она расположена между маховиком и нажимным диском.

За передачу отвечает момент трения в однодисковом сцеплении. Нажимной диск соединен с маховиком и пружинами. Основная функция нажимного диска — помочь диску сцепления двигаться по направлению к маховику.

К упорным подшипникам крепится рычаг с каким-либо механизмом на ведомом валу, который передает входную и выходную скорости от педали сцепления.

Также прочтите: Что такое соединение труб? | Типы соединений труб

Детали однодискового сцепления и их функции:

Четыре части однодискового сцепления и их функции:

• Диск сцепления.
• Прижимная пластина.
• Пружины.
• Маховик.

№1. Диск сцепления

Диск сцепления является основным компонентом сцепления. Однодисковое сцепление имеет только один диск сцепления. Это тонкая металлическая пластина в виде диска с поверхностью без трения с обеих сторон. Эти абразивные поверхности называются фрикционными накладками.

Эти фрикционные накладки должны быть изготовлены из такого материала, который обеспечивает передачу крутящего момента без проскальзывания. Коэффициент трения материалов должен быть высоким. Диск сцепления устанавливается между маховиком и нажимным диском.

№2. Нажимной диск

Основной функцией нажимного диска является поддержание надлежащего контакта между маховиком и поверхностями диска сцепления с помощью пружин. Нажимные пластины обычно изготавливаются из чугуна.

№3. Пружины

Пружины используются для перемещения пластины маховика к пластине маховика и для обеспечения надлежащего соединения между пластиной сцепления и маховиком. Это также предотвращает скольжение контактных поверхностей.

№4. Маховик

Маховик соединен с выходом двигателя. Когда сцепление находится в положении «занято», маховик соприкасается с диском сцепления, и крутящий момент передается за счет трения.

Также прочтите: Применение шплинтового соединения | Что такое шплинт | Типы шплинтовых соединений | Применение шплинтового соединения

Работа однодискового сцепления

• Это наиболее распространенный тип сцепления, используемый в автомобилях.
• Однодисковое сцепление имеет только один диск сцепления, который установлен на шлице вала сцепления.
• Маховик установлен на коленчатом валу двигателя и вращается вместе с ним.
• Нажимной диск крепится к маховику болтами с помощью пружин сцепления и может свободно скользить при нажатии на педаль сцепления.
• Когда педаль сцепления не нажата, сцепление вызывается для включения, и в это время диск сцепления застревает между маховиком и нажимным диском.
• С обеих сторон диска сцепления имеются фрикционные накладки. Следовательно, когда сцепление включено, возникает трение между маховиком, диском сцепления и нажимным диском. Так как диск сцепления вращается, вал сцепления также вращается.
• Вал сцепления соединен с коробкой передач. Таким образом мощность двигателя передается от коленчатого вала на вал сцепления.
• При нажатии на педаль сцепления нажимной диск перемещается назад против усилия пружин, и диск сцепления освобождается между маховиком и нажимными дисками. Поэтому маховик продолжает вращаться до тех пор, пока двигатель не заработает, а частота вращения вала сцепления постепенно уменьшается и, в конце концов, он перестает вращаться.

Также прочтите: Допуски на шаблоны при литье | Почему затронуты допуски на модели при литье | Припуск на чистовую обработку или обработку | Разрешение на встряхивание или постукивание

Преимущества однодискового сцепления:

Ниже приведены различные преимущества однодискового сцепления.

• Однодисковое сцепление работает плавно, т.
• В его работе очень мало проскальзывания. Во время обледенения сцепления происходит только пробуксовка, после чего скользкости нет, и работа становится очень плавной.
• Потери мощности очень низкие.
• Вырабатывается очень мало тепла, поскольку используется только один диск сцепления.
• Сцепление этого типа работает очень быстро.

Недостатки однодискового сцепления:

Ниже приведены различные недостатки однодискового сцепления

• Низкая мощность передачи крутящего момента.
• Размер этой муфты также велик для передачи низкого крутящего момента.
• Это сухое сцепление, поэтому необходимо защищать его от влаги.
• Износ более вероятен в однодисковом сцеплении.

Также прочтите: Функция турбины | Турбинная функция ТЭЦ | Что такое функция паровой турбины | Принцип работы паровой турбины

Типы однодискового сцепления:

Два типа однодискового сцепления:

1. Однодисковое сцепление со спиральной пружиной.
2. Однодисковое сцепление с мембранной пружиной.

№1. Однодисковая муфта с винтовой пружиной —

На рисунке ниже представлена ​​однодисковая муфта с винтовой пружиной. Для простоты педаль сцепления и другие звенья, вызывающие циркуляцию нажимного диска, не показаны. Диск сцепления установлен на разрезном валу и может перемещаться вдоль оси вала.

Что касается вращательного движения, то между пластиной и валом нет относительного движения. Оба имеют одинаковую скорость вращения благодаря шлицам на валу. Маховик установлен на коленчатом валу двигателя и вращается вместе с ним.

Нажимной диск проходит через пружины сцепления к маховику. Эта муфта может свободно скользить вдоль оси вала. Сцепление включается за счет усилия пружины сцепления. Эти силы вызывают контакт между нажимным диском, диском сцепления и маховиком.

Диски сцепления расположены между маховиком и нажимным диском. Диск сцепления снабжен фрикционным материалом с обеих сторон. Вращательное движение от маховика передается за счет трения на диск сцепления и вал сцепления. Вал сцепления также действует как выходной вал.

К сцеплению при нажатии на педаль сцепления. Смещается. Нажимной диск движется назад против силы пружин, и диск сцепления освобождается между маховиком и нажимным диском.

Таким образом, маховик продолжает вращаться до тех пор, пока двигатель не заработает, но скорость диска сцепления уменьшается и становится равной нулю. В этом случае движение не передается на вал сцепления.

Также читайте: Детали и функции газовых турбин | Введение в газотурбинную электростанцию ​​| Основные части газотурбинной электростанции | Газовая турбина | Компрессор газотурбинной электростанции | Термодинамический цикл газотурбинной электростанции

#2. Однодисковое сцепление с мембранной пружиной —

В сцеплениях этого типа винтовые пружины заменены одной диафрагменной пружиной, которая представляет собой диск в форме блюдца. Диск снабжен профилем, как показано на рисунке ниже. Диск принимает плоскую форму, когда сцепление установлено. В разложенном состоянии диск принимает форму бака, как показано на рисунке.

На рисунках ниже представлен упрощенный вид узла сцепления.

• Сцена показывает сцепление во включенном положении. Диафрагменная пружина воздействует на нажимной диск, что вызывает контакт между нажимным диском, диском сцепления и маховиком.
• При приложении усилия через педаль сцепления диафрагменная пружина сжимается, и контакт между нажимным диском, диском сцепления и маховиком теряется.
• Старое сцепление «отключено», и движение от маховика не передается на вал сцепления.

Также прочтите: Принцип работы электрофильтра | Что такое электростатический осадитель | эффективность электрофильтра | Строительство и работа электростатического фильтра | Типы электрофильтров

Что такое многодисковое сцепление?

Сцепление с более чем одним приводным диском называется многодисковым сцеплением. Иногда один диск сцепления может не передавать требуемую скорость. Это может быть связано с низкой силой трения. силы трения можно увеличить, увеличив площадь контакта.

Это увеличивает размер сцепления, а из-за ограниченного пространства увеличить размер может быть сложно. Поэтому для увеличения площади контактов увеличивается количество фрикционных дисков. анатомическое описание многодискового сцепления показано на рисунке ниже.

Упростить форму; механизм крепления и выключения сцепления не показан. На маховике предусмотрены внутренние шлицы. Вал сцепления снабжен шлицами. диски сцепления собраны и плотно прижаты с помощью нажимного диска винтовыми пружинами.

Эти витки создают усилие на оси пружины, которое вызывает контакт между дисками сцепления, маховиком и нажимным диском. Поверхности трения с обеих сторон пластин помогают передавать импульс от маховика к валу сцепления.

Это «установленное» положение многодискового сцепления. При нажатии на педаль сцепления усилие уменьшается по сравнению с усилием пружин, и контакт между маховиком, диском сцепления и нажимным диском теряется, и движение от маховика к валу сцепления не передается. Это «разложенное» состояние многодискового сцепления.

В настоящее время многодисковые сцепления используются во всех автомобилях. Мокрое сцепление — это разновидность фрикционных муфт. Здесь масла распыляются на пластины с помощью форсунки. Они используются в различных типах автомобилей. фрикционный материал, используемый на дисках сцепления, должен иметь больший коэффициент трения и быть перфорированным, чтобы через них могло проходить масло.

Эти муфты имеют маслозаборник. На дне находится отстойник для извлечения масла, из которого оно извлечено. Этот тип сцепления имеет более длительный срок службы, чем сухое сцепление, благодаря лучшему рассеиванию тепла.

Также прочтите: Работа Вентуриметра | Что такое Вентуриметр | Строительство Вентуриметра | Работа Venturimeter

Разница между сухим и мокрым сцеплением:

Различия между сухим и мокрым сцеплением следующие:

Сухое сцепление;

• Сухое сцепление имеет высокий коэффициент трения.
• Коэффициент трения для работы всухую составляет 0,3 и более.
• Сухое сцепление имеет более высокий крутящий момент, чем мокрое сцепление тех же размеров.
• Для сухих сцеплений необходимо предотвратить загрязнение из-за влаги или окружающего смазочного оборудования, обеспечив уплотнение.
• Тепловое пламя сложнее в сухих сцеплениях.
• Скорость износа сцепления в сухом состоянии намного выше, чем в сцеплении с мокрым сцеплением.
• Включение сухого сцепления жесткое по сравнению с мокрым сцеплением.

Мокрое сцепление;

• Коэффициент трения снижается из-за масла в мокрых сцеплениях.
• Коэффициент трения для влажной работы 0,1 или меньше
• Максимальный крутящий момент мокрых сцеплений меньше, чем крутящий момент сухих сцеплений тех же размеров.
• Предотвращение загрязнения из-за влаги или смазочного оборудования поблизости не требуется для мокрых винтов.
• В мокрых сцеплениях смазочное масло отводит тепло от трения.
• Скорость износа мокрых сцеплений намного ниже, чем у сухих сцеплений. Скорость износа мокрых сцеплений составляет около 1% ожидаемой скорости для сухих сцеплений.
• В мокрых сцеплениях работа сцепления перемешивается, чтобы обеспечить проход для смазки. Это уменьшает чистую площадь поверхности для передачи крутящего момента.

Также прочтите: Принцип работы обработки лазерным лучом | Что такое обработка лазерным лучом? | Преимущества обработки лазерным лучом | Недостатки обработки лазерным лучом | Применение лазерной обработки

Конструкция и работа многодисковой муфты:

• Многодисковая муфта снабжена более чем одним фрикционным диском.
• На самом деле в этом сцеплении есть два нажимных диска и два фрикционных диска, как показано на рисунке ниже.

• Эти нажимные диски крепятся к крышке сцепления шпильками. Эта крышка сцепления установлена ​​на маховике.
• Фрикционная пластина размещена между первой и второй нажимной пластиной, а вторая — между нажимной пластиной и маховиком.
• Рычажный механизм подобен тому, который используется в однодисковом сцеплении.
• Два фрикционных диска крепятся к валу сцепления с помощью шлицевого соединения.
• При вращении маховика прижимные пластины вращаются и прижимаются к фрикционной пластине. Это заставляет фрикционные диски и, таким образом, также вращать вал сцепления.
• При нажатии на педаль маховик вращается, но фрикционные диски выходят.
• Это потому, что они не полностью подавляются прижимными пластинами.

Также читайте: Части формовочного станка | Что такое формовочная машина? | Работа фрезерного станка

Преимущества многодисковой муфты:

Здесь различные преимущества многодисковой муфты заключаются в следующем

• Количество поверхностей трения увеличивает способность муфты передавать крутящий момент, хотя размер остается фиксированным.
• Таким образом, учитывая одинаковую передачу крутящего момента, общий диаметр многодисковой муфты уменьшен по сравнению с однодисковой муфтой.
• Благодаря этому преимуществу этот тип сцепления используется в некоторых большегрузных транспортных средствах и гоночных автомобилях.
• Это многодисковое сцепление используется на скутерах и мотоциклах в условиях ограниченного пространства.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Нажимной диск сцепления

Нажимной диск сцепления автомобиля — это механизм, который передает крутящий момент двигателя на входной вал коробки передач через диск сцепления. Таким образом, это жизненно важная часть функционирования механической коробки передач. Нажимной диск сцепления оправдывает свое название тем, что он имеет круглую форму.

Диск сцепления

Диск сцепления расположен между маховиком и нажимным диском. Диск сцепления снабжен фрикционным материалом с обеих сторон. Вращательное движение от маховика передается на диск сцепления и вал сцепления за счет трения. Вал сцепления также действует как выходной вал.

Однодисковое сцепление

Однодисковое сцепление имеет один диск сцепления. Это сцепление работает по принципу трения. Это наиболее распространенный тип сцепления, используемый в автомобилях.

Однодисковое сцепление: конструкция, детали, типы, работа

В однодисковом сцеплении имеется только один диск сцепления. В этом сцеплении используется принцип трения. Это наиболее часто встречающийся тип сцепления в автомобилях. Муфта состоит из двух частей, одна из которых закреплена на ведущем валу, а другая на ведомом валу.

Трансмиссионная система — это система, с помощью которой мощность двигателя передается на колеса транспортного средства, толкающего его вперед. Двигатель в автомобилях вырабатывает энергию, которая используется для вращения колес. В результате двигатель должен быть подключен к системам трансмиссии, чтобы мощность передавалась на колеса.

Кроме того, чтобы не повредить механизм транспортного средства и не причинять неудобства пассажирам, должна быть предусмотрена система, позволяющая плавно и без ударов включать и выключать двигатель от системы трансмиссии. В автомобилях для этой цели используется сцепление. Это краткий обзор автомобильного сцепления.

В этой статье вы познакомитесь с определением, применением, конструкцией, деталями, схемой, типами, работой, преимуществами и недостатками однодискового сцепления.

Read more: Understanding Suspension System

Contents

Что такое однодисковое сцепление?

Однодисковое сцепление является наиболее популярным типом сцепления в автомобилях. У него только один диск сцепления, который прикреплен к шлицам вала сцепления. Маховик двигателя прикреплен к коленчатому валу и вращается вместе с ним. Когда педаль сцепления нажата, нажимной диск крепится к маховику пружинами сцепления и может свободно скользить по валу сцепления.

Диск сцепления зажат между маховиком и нажимным диском при включенном сцеплении. Диск сцепления имеет фрикционные накладки с обеих сторон. Диск сцепления вращается вместе с маховиком за счет трения между маховиком, диском сцепления и нажимным диском. Вал сцепления вращается вместе с диском сцепления. Ниже приведены функции однодисковых муфт в различных областях их применения:

• При желании муфта представляет собой устройство, передающее вращательное движение одного вала на другой вал.
• Сцепление — это устройство, которое позволяет водителю мгновенно включать и выключать коленчатый вал двигателя по мере необходимости.
• Сцепление — это механизм, передающий мощность частично или полностью нагруженным машинам.

Применение однодискового сцепления

05.a) Creo 3.0 Упражнение — C…

Пожалуйста, включите JavaScript сцепления следующие:

• В автобусах, грузовиках и автомобилях используются однодисковые сцепления.
• При наличии большого радиального пространства используются однодисковые муфты.
• Для охлаждения этого сцепления не требуется смазка. Таким образом, он используется в приложениях, которые создают меньше трения.
• В однодисковых муфтах нет необходимости в охлаждающем масле, так как имеется достаточная площадь поверхности для отвода тепла. В результате однодисковые сцепления сухие.
• В большинстве автомобилей используется однодисковое сцепление из-за высокого коэффициента трения. Коэффициент трения имеет значение больше 0,3.

Подробнее: Автомобильное сцепление

Конструкция

Для эффективной работы однодисковое сцепление состоит из нескольких частей. Они расположены в логическом порядке.

Он в основном состоит из диска сцепления с фрикционными накладками с обеих сторон, а также нескольких других компонентов, которые способствуют правильной работе сцепления, таких как маховик, нажимной диск, упорный подшипник, ступица, пружины и входной механизм для включение и выключение сцепления. Между маховиком и нажимным диском диск сцепления прикреплен к ступице и вращается в осевом направлении на ведущем валу.

Поскольку он устанавливается между нажимным диском и маховиком в однодисковом сцеплении, диск сцепления должен иметь обе стороны фрикционных накладок. Трение отвечает за передачу крутящего момента. Маховик и пружины входят в зацепление с нажимным диском. Диск сцепления толкается нажимным диском с помощью маховика. Педаль сцепления передает входное и выходное движение через рычаг, прикрепленный к упорным подшипникам и механизму на ведомом валу.

Детали однодискового сцепления

Ниже перечислены основные детали однодискового сцепления:

Маховик:

Маховик — это компонент двигателя, который также выполняет функцию сцепления. Это приводной элемент, который соединяется с нажимным диском вала сцепления и находится в маховике с подшипниками. При вращении коленчатого вала двигателя вращается и маховик.

Направляющий подшипник:

Для поддержки конца входного вала трансмиссии направляющий подшипник или втулка вдавливается в конец коленчатого вала. Когда сцепление отпущено, направляющий подшипник предотвращает подпрыгивание вала коробки передач и диска сцепления вверх и вниз. Он также помогает центру входного вала диска маховика.

Подробнее: Различные типы сцепления и принцип их работы

Диск сцепления или диск:

Это ведущая часть однодискового сцепления, фрикционный материал с обеих сторон. Осевое перемещение по шлицевому приводному валу редуктора ограничено центральной ступицей с внутренними шлицами.

Помогает гасить крутильные колебания и изменения крутящего момента между двигателем и коробкой передач. Диск сцепления представляет собой диск, который находится между фрикционным или нажимным диском и маховиком. Для увеличения трения он имеет последовательность инверторов облицовки с каждой стороны. Для изготовления этих накладок сцепления используется асбест. Они хорошо изнашиваются и устойчивы к жаре.

Прижимная пластина:

Для изготовления прижимной пластины используется специальный чугун. Это самый тяжелый компонент узла сцепления. Основная роль нажимного диска заключается в установлении равномерного контакта с поверхностью ведомого диска, что позволяет нажимным пружинам создавать достаточную силу для передачи полного крутящего момента двигателя.

Диск сцепления запрессован в маховик нажимным диском, имеющим обработанную поверхность. Нажимные пружины установлены между нажимным диском и корзиной сцепления в сборе. Когда рычажок нажимает на спусковые рычаги или спусковые рычаги поворачиваются, давление сбрасывается с маховика.

Крышка сцепления:

Крышка сцепления крепится к маховику с помощью болтов. Нажимная пластина, механизм рычага выключения, крышка сцепления и нажимные пружины являются его частью. Диск сцепления обычно вращается вместе с маховиком. Маховик, а также нажимные диски могут свободно вращаться независимо от ведомого диска и ведущего вала после снятия сцепления.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Рычаг выключения:

Болты соединяют крышку сцепления в сборе с маховиком. Он включает в себя нажимной диск, механизм рычага выключения, кожух сцепления и нажимные пружины. Обычно диск сцепления вращается вместе с маховиком. После снятия сцепления маховик и нажимные диски могут свободно вращаться независимо от ведомого диска и ведущего вала.

Вал сцепления:

Является частью трансмиссии. Потому что ступица диска сцепления, которая на нем движется, представляет собой шлицевой вал. Вал сцепления имеет два конца: один соединяется с коленчатым валом или маховиком, а другой соединяется с коробкой передач или является ее частью.

Подробнее: Общие сведения о мембранной муфте

Схема однодисковой муфты:

Типы однодисковой муфты

Ниже приведены различные типы однодисковой муфты:

Однодисковое сцепление с диафрагменной пружиной:

Винтовые пружины заменены одинарной диафрагменной пружиной, которая представляет собой диск в форме блюдца в форме муфты. При включении сцепления диск принимает плоскую форму. Диск принимает изогнутую форму, когда он высвобождается, как показано на рисунке.

На этом виде сцепление находится во включенном положении. Сила, с которой диафрагменная пружина действует на нажимной диск, создает контакт между нажимным диском, диском сцепления и маховиком.

Диафрагменная пружина прогибается при приложении усилия к педали сцепления, и контакт между нажимным диском, диском сцепления и маховиком теряется. Сцепление выключено», и вал сцепления не получает движения от маховика.

Однодисковая муфта с винтовой пружиной:

Винтовые пружины заменены одинарной диафрагменной пружиной, которая представляет собой диск в форме тарелки в форме муфты. При включении сцепления диск принимает плоскую форму. Педаль сцепления и другие рычаги, приводящие в движение нажимной диск, для простоты не показаны в выключенном положении.

Диск сцепления установлен на шлицевом валу и может перемещаться вдоль оси вала. Что касается вращательного движения, то между пластиной и валом нет относительного движения.

Благодаря шлицам на валу каждый вращается одинаково. Маховик двигателя прикреплен к коленчатому валу и вращается вместе с ним. Пружины сцепления соединяют нажимной диск с маховиком.

Подробнее: Общие сведения о конусной муфте

Принцип работы

Работа однодискового сцепления проще и понятнее. Сцепления требуется три штуки. Маховик двигателя, фрикционный диск или диск сцепления и нажимной диск являются тремя компонентами.

Некоторые пружины прикладывают осевое усилие, удерживая сцепление включенным. Поскольку нажимной диск прикреплен к маховику и вращается при работающем двигателе, он также вращается. Между маховиком и нажимным диском находится фрикционный диск.

Сцепление отпускается, как только тяговое усилие уменьшается. Вопреки силе нажимных пружин это движение заставляет нажимную пластину отодвигаться от фрикционного диска. Фрикционная пластина освобождается в результате движения нажимной пластины, и сцепление выключается.

Когда вы убираете ногу с педали, пружины воздействуют на нажимной диск на диске сцепления, который последовательно давит на маховик. Это соединяет двигатель с входным валом трансмиссии, заставляя оба вращаться с одинаковой скоростью.

Мощность сцепления определяется трением между диском сцепления и маховиком, а также силой, с которой пружина действует на нажимной диск. Когда сцепление выжато, поршень упирается в вилку выключения, вдавливая выжимной подшипник в центр диафрагменной пружины.

Ряд штифтов на внешней поверхности диафрагменной пружины заставляет пружину оттягивать нажимной диск от диска сцепления, в то время как центр пружины давит внутрь. Теперь сцепление отсоединено от вращающегося двигателя.

Подробнее: Нагнетатель в автомобильных двигателях

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе однодискового сцепления:

Преимущества и недостатки однодискового сцепления

Преимущества:

Ниже приведены преимущества однодискового сцепления в различных вариантах применения:

• Работа однодискового сцепления плавная.
• При работе очень мало проскальзывания. Проскальзывание происходит только при включении сцепления; после этого проскальзывания нет и работа достаточно плавная.
• Относительно небольшая потеря мощности.
• Поскольку используется только один диск сцепления, выделяется очень мало тепла.
• Этот вид сцепления работает с головокружительной скоростью.

Недостатки:

Несмотря на преимущества однодискового сцепления, все же существуют некоторые ограничения. Ниже приведены недостатки однодисковой муфты в различных областях ее применения:

• Однодисковые муфты подвержены высокому износу.
• Имеет меньшую способность передачи крутящего момента.
• Поскольку пружины должны быть жестче, для расцепления требуется большее усилие.
• Требует тщательного ухода.
• В отличие от многодискового сцепления требуется больше места для размещения сцепления.

Подробнее: Знакомство с автомобильной тормозной системой

Заключение

В однодисковом сцеплении имеется только один диск сцепления.

История Берты Бенц — первой женщины, совершившей путешествие на автомобиле

Всем известно, что Карл Бенц изобрел первый в мире автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, но именно его жена Берта показала ему и всему миру, как им пользоваться. В августе 1888 года Берта Бенц вместе с двумя сыновьями отправилась на автомобиле, сделанном ее мужем, в путешествие из города Мангейма в Пфорцхайм, а через несколько дней они вернулись обратно. Это было первое в истории путешествие на автомобиле на большие расстояния. Берта не только стала первопроходцем в автомобильных путешествиях, но и оказала огромное влияние на мировое автомобилестроение в целом

Теги:

Evergreen

Grazia Women Power

Перспективное вложение

Берта Рингер родилась в 1849 году в немецком городе Пфорцхайм. В 1870 году 21-летняя Берта использовала часть своего приданого, чтобы инвестировать в компанию по производству чугуна в Мангейме, принадлежащую малоизвестному изобретателю по имени Карл Бенц. Берта познакомилась с ним в поезде, в котором она ехала вместе с матерью. Карл заговорил о безлошадном экипаже, над которым работал. Два года спустя она вышла за него замуж и стала Бертой Бенц.

Берта продолжала тратить свое приданое, чтобы инвестировать в проекты мужа, в том числе в компанию Benz и Cie, основанную в 1883 году для создания промышленных двигателей и машин. Ее деньги также помогли финансировать изобретения Карла и оказались очень важными в реализации и разработке его безлошадного экипажа в 1885-м. Benz Patent Motorwagen, первый в мире автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, был запатентован в 1886 году. В следующие два года появились еще две новинки: Motorwagen Model II и Motorwagen Model III, которые отличались двумя передачами и максимальной скоростью в десять миль в час.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Была только одна проблема: никто не хотел его покупать. Motorwagen рассматривался как хитроумное изобретение, которое могло проехать небольшое расстояние и вернуться в исходную точку, и то только с помощью инженеров.

Женщина за рулем

Поскольку продажи практически прекратились, Карл начал впадать в отчаяние, а затем и в депрессию, уверившись в том, что его изобретение обречено на провал. Но Берта увидела истинный потенциал машины, в которую вложила столько денег, — она верила, что автомобиль способен проехать большие расстояния. Не сумев убедить в этом своего мужа, Берта решила доказать ему это на деле. Утром 5 августа 1888 года Берта с двумя сыновьями, 15-летним Рихардом и 13-летним Ойгеном, села за руль автомобиля своего мужа и отправилась навестить мать в город Пфорцхайм, который находился в 66 милях (106 километрах) от их дома в Мангейме. Поездка на лошади на такое расстояние обычно занимала полтора дня. 

Без разрешения своего мужа и властей Берта украла у Карла так называемые водительские права — листок бумаги, подписанный сотрудником окружного управления герцогства Баден, разрешавший Карлу ездить на своей машине по дорогам общего пользования. Вместе с сыновьями Берта отогнала машину в конец дороги, чтобы не разбудить Карла в момент ее заведения, и отправилась в путешествие.

Трудности в пути

На пути Берту ждало много проблем и препятствий. Она ехала по колеям, созданным для лошадей и повозок, без асфальтированного покрытия, так что поездка была очень дискомфортной.

Кроме того, в то время не существовало дорожных карт, поэтому Берте приходилось ориентироваться, опираясь на свою память и знаки. Но самой большой проблемой путешественницы было топливо. В модели Motorwagen Model III не было топливного бака, а в карбюраторе было только четыре литра бензина, что означало необходимость регулярных заправок. Но в те времена заправочных станций не существовало, так что Берте пришлось импровизировать. Ей нужен был лигроин, петролейный эфир, широко известный как бензол. Его можно было купить в большинстве аптек. Поэтому Берта делала остановки в городах и покупала «топливо» в местных аптеках. Первая из таких заправок случилась в Вислохе, где старое здание аптеки до сих пор позиционирует себя как «первая в мире заправочная станция».

Импровизировать в путешествии Берте приходилось неоднократно. Когда бензопровод засорился, Берта использовала свою шляпную булавку, чтобы его очистить. А когда на проводе зажигания произошло короткое замыкание, она обернула вокруг него свою подвязку, которая послужила изолятором. У Берты возникали проблемы с поддержанием достаточного охлаждения двигателя для работы. Семье постоянно приходилось останавливаться у рек, ручьев и магазинов, чтобы пополнить запасы воды и заливать ее в двигатель, чтобы он не остыл. Машине не хватало мощности, поэтому всякий раз, когда они ехали в гору, сыновьям Берты приходилось вылезать и толкать ее. Спускаться с холма тоже было проблематично. У машины износились тормозные колодки, но и тут Берта нашла выход. На обратном пути она остановилась у сапожника, который обтянул тормозные колодки кожей.

«Паруса надежды»

Как только Берта добралась до пункта назначения, она отправила Карлу телеграмму, в которой говорилось, что она благополучно доехала до дома своей матери. Поездка заняла 12 часов. Вернувшись, Берта рассказала мужу обо всех проблемах, с которыми столкнулась. Благодаря супруге Карл Бенц усовершенствовал автомобиль: была изменена конструкция бензопровода, провода зажигания были изолированы, была установлена более низкая третья передача, чтобы автомобиль мог преодолевать холмы, а для улучшения торможения были сделаны кожаные тормозные колодки.

По современному законодательству Берте принадлежали бы патентные права на все эти инновации, но в те времена ей не разрешалось указывать свое имя в патенте, поэтому все лавры достались ее мужу. Но самым главным было то, что Берта показала своему супругу и всему миру, что автомобиль способен преодолевать большие расстояния.

Карл воспрянул духом и приложил большие усилия, чтобы подготовить машину для выставки в Мюнхене через несколько недель. Автопробег Берты подогрел к этому интерес. Путешествие женщины и двух ее сыновей на машине приводило в восторг местных жителей. Многие приходили посмотреть на авто на многочисленных заправках Берты. Газеты по всей Германии, а затем и по всему миру сообщили об этом событии, сделав бесплатную рекламу для Motorwagen. Автопробег считается первым примером живого маркетинга в истории. И он отлично сработал.

Через несколько недель люди толпами шли на выставку в Мюнхене, чтобы увидеть автомобиль Карла Бенца, который преодолел 66 миль за один день. Заказы на Model III хлынули со всего мира, положив начало великой автомобильной империи Бенца и ознаменовав поворотный момент в путешествиях людей на машине.

Берта оставалась с Карлом на протяжении всей его жизни и всегда помогала мужу и сыновьям в работе над автомобилями. Карл никогда не забывал, какую важную роль сыграла его жена в тот августовский день и в последующие годы: «Только один человек остался со мной на этом маленьком корабле жизни, когда казалось, что ему суждено утонуть. Это была моя жена. Смело и решительно она подняла новые паруса надежды», — писал он в своих мемуарах.

невероятная биография Карла и Берты Бенц

Как минимум, с XVII века ученых Европы занимал вопрос создания повозки, которая могла бы двигаться и перевозить грузы без использования конной тяги. Но кто изобрел первый автомобиль, и почему это случилось только в конце XIX века?

Можно выделить несколько этапов развития идеи автомобилестроения:

• Коляски XVII — XVIII веков, использующие педальный привод и делавшиеся только как забавные курьезы.
• Самоходные машины с паровым приводом. Их испытания проходили в XVIII — XIX веках, но ни одна модель не стала массовой.
• Электрические автомобили, разработанные в первой половине XIX века.
• Автомобили на основе двигателя внутреннего сгорания. Именно благодаря ему Карл Бенц вошел в историю как человек, кто изобрел первый автомобиль в мире.

Когда изобрели первый автомобиль: история Карла Бенца

Карл Фридрих Михаэль Бенц родился в ноябре 1844 года в небольшом городе Мюльбурге в немецком княжестве Баден-Вюртемберг. Его отцом был машинист поезда Иоганн Георг Бенц. Он умер от воспаления  легких, когда мальчику было два года.

Хотя семья жила небогато, мать решила дать Карлу хорошее образование. Он учился в школе грамматики в Карлсруэ, где проявил блестящие способности. В девять лет Карл продолжил образование в лицее, ориентированном на науку. В 15-летнем возрасте юноша начал изучать машиностроение в университете Карлсруэ, а в 1864 году окончил его.

В молодости Карл Бенц ездил на велосипеде и размышлял над идеей транспортного средства, которое бы заменило конную тягу. Годы после университета он работал в нескольких машиностроительных компаниях, но ни в одной не задерживался надолго.

В 1869 году молодой человек приехал в Мангейм, где начал работать чертежником на заводе весов, затем переехал в Пфорцхайм, потом – в Вену, где трудился в компании, занимавшейся строительством железных дорог.

В 1871 году Карл совместно с компаньоном основал свою первую фирму – механический завод в Мангейме. Вскоре он выкупил долю партнера. В 1872 году Карл женился на Берте Рингер, ставшей ему верной спутницей жизни и соратником во всех его начинаниях. Дела предприятия шли не очень хорошо, но Бенц трудился над идеей нового двухтактного двигателя. Ему удалось завершить работу 31 декабря 1878 года. В следующем году Карл Бенц получил на него патент.

Следом за этим предприниматель разработал и запатентовал систему регулирования скорости, зажигание с помощью искры, свечи зажигания, карбюратор, рычаг для переключения передач, сцепление и водяной радиатор.

Из-за финансовых проблем банк Мангейма потребовал, чтобы предприятие Бенцов было объединено с другими. Супруги создали совместную фирму с братьями Бюлерами, один из которых был фотографом, другой – торговцем сыра. Компания стала акционерным обществом, но Карл удержал только 5% от пакета акций. При разработке новых продуктов компаньоны не учитывали его предложений. Уже в 1883 году Карл Бенц оставил пост директора акционерного общества.

Создание автомобиля Бенца

В том же году он с двумя партнерами основал компанию по производству газовых двигателей. Дела нового предприятия шли хорошо, и у Карла было время заниматься своим главным увлечением – разработкой транспортного средства, не использующего конную тягу.

В 1885 году он завершил работу и сконструировал первый автомобиль, названный им «Motorvagen». Эта дата дает нам ответ на вопрос, когда изобрели первый автомобиль. Транспортное средство имело три проволочных колеса, четырехтактный двигатель, разработанный Бенцом и помещавшийся между задними колесами. Изобретение немецкого инженера считается первым настоящим автомобилем.

Вскоре Карл получил на свое изобретение патент, где оно называлось «автомобиль, питающийся газом». Первые его испытание в 1885 году из-за проблем с управлением привели к аварии – машина врезалась в стену. Через год прошли успешные пробы на дороге. Вскоре Бенц сделал две модификации своей модели. В 1887 году автомобиль с деревянными колесами был показан на Парижской выставке.

В 1888 году началось производство автомобилей Бенца на продажу. Через своего партнера предприниматель начал продавать машины в Париже, где к ним проявляли больший интерес.

Поездка Берты Бенц и улучшение автомобиля

Когда был изобретен первый автомобиль, у него еще не было коробки передач, и он не мог самостоятельно одолеть подъем в гору. В августе 1888 года Берта ничего не сообщила мужу, взяла с собой двух их сыновей и отправилась в поездку на изобретении супруга. Она проехала из Мангейма в Пфорцхайм, преодолев расстояние в 106 километров. Это стало первым автомобильным путешествием на большое расстояние в истории.

Берта хотела показать мужу, что у его изобретения есть будущее, оно полезно для людей, и автомобиль принесет ему финансовый успех. Фрау Бенц выехала из Мангейма перед рассветом. У изобретения ее мужа еще не было топливного бака, поэтому бензин заливали прямо в карбюратор. По пути она покупала в аптеках бензиновый растворитель и заправляла им машину.

По пути Берта чистила топливопровод булавкой для шляпы, заменила у кузнеца цепь автомобиля. Когда стали плохо работать деревянные тормоза, она попросила заменить их на кожаные. Участники поездки добавляли воду, чтобы охлаждать двигатель. Автомобиль не мог преодолеть подъем, и фрау Бенц с сыновьями приходилось его толкать. Несмотря на эти испытания, к ночи они достигли Пфорцхайма, где жила мама Берты. Жена Карла Бенца послала своему мужу сообщение по телеграфу, где рассказала о поездке, а через несколько дней она вернулась домой.

Хотя некоторые люди, видя едущий по дороге автомобиль, пугались, поездка Берты Бенц вызвала общественный резонанс и привлекла внимание к изобретению. После путешествия супруги доработали транспортное средство, добавив механизм для преодоления подъема в гору и лучшего торможения.

Эра ветеранов в автомобилестроении

После этого супруги продолжали развивать свое предприятие, которое стало к концу XIX века крупнейшим производителем машин в Германии. Деятельность Карла Бенца дала толчок развитию автомобильной промышленности в Европе. В истории автомобилестроения это называется «эрой ветеранов». Свои модели представили Эдуард Батлер в Англии, Рудольф Эгг в Швейцарии, Леон Болле во Франции.

В начале XX века производство автомобилей стартовало в США и Франции. Французские машины составили в 1903 году почти половину всех произведенных в мире. Но именно Германия осталась в истории страной, где жил тот, кто изобрел первый автомобиль.

Читайте также:

10 фактов из жизни выдающихся ученых

Эресуннский мост-тоннель из Копенгагена в Мальме: инженерный шедевр Европы

Изобретение автомобиля модели T — HISTORY CRUNCH

Изобретение автомобиля (модель T)

Промышленная революция является одним из самых значительных событий во всей мировой истории и оказала глубокое влияние на современный мир. Сначала это началось в Великобритании в 1700-х годах, но вскоре распространилось на остальную часть Европы и Северную Америку. До инноваций промышленной революции большая часть производства зависела от воды, ветра или энергии человека. Предприятия, существовавшие в это время, назывались надомными промыслами. Надомное производство было ранней стадией экономического развития общества, в котором рабочие производили ограниченное количество товаров на дому. Однако к середине 1700-х годов по всей Европе, особенно в Великобритании, стали развиваться новые методы производства. Этот переход привел к фабричной системе, которая заключалась в создании фабрик в централизованных местах, таких как промышленные поселки и города. Этот период инноваций продолжался на протяжении 19го века и привели ко многим новым изобретениям известных ныне изобретателей. Фактически, одной из ключевых особенностей промышленной революции является разработка новых изобретений, которые привели к большей автоматизации машин. Важные изобретения или инновации промышленной революции включали: летающий челнок, прялку Дженни, механический ткацкий станок, водяную раму, хлопкоочистительную машину, паровой двигатель, телефон, лампочку, автомобиль, конвейерное производство и взаимозаменяемые детали.

Значимым изобретением позднего периода промышленной революции был автомобиль, который впервые для массовой публики изобрел Генри Форд в 1908. Генри Форд был американским изобретателем и бизнесменом, и сегодня он известен множеством различных изобретений, из которых автомобиль был его самым успешным.

Промышленная революция была одним из самых важных событий в истории человечества и коренным образом изменила жизнь людей во всем мире. Хотя это впервые началось в Великобритании, его последствия позже распространились на другие части Европы, Америки, а теперь и на части Азии. В целом промышленная революция развивалась в виде ряда этапов, которые историки называют Первой промышленной революцией и Второй промышленной революцией. Первая промышленная революция началась в 18 веке и была сосредоточена в основном на производстве текстиля и использовании пара. Вторая промышленная революция началась в середине 1920-м веке и продолжалась до Первой мировой войны в 1917 году. Вместо этого Вторая промышленная революция сосредоточилась на производстве стали, автомобилях и достижениях в области электричества. Изобретение автомобиля Генри Фордом является одним из самых значительных изобретений Второй промышленной революции.

Чтобы было ясно, Генри Форд не изобретал первый автомобиль в истории. Фактически, четырехтактный двигатель был впервые изобретен немецким инженером Николаусом Отто в 1861 году. Это та же технология, которую Форд использовал в своих автомобилях, и которая является основой для современных газовых двигателей. Кроме того, более ранние модели автомобилей существовали задолго до Генри Форда. Например, Карл Бенц, немецкий инженер, в 1885 году разработал свой автомобиль Benz Motorcar с газовым двигателем. Дизайн Бенца считается первым практичным автомобилем. Однако значение Генри Форда заключается в том, что он разработал первый доступный автомобиль, который производился в массовом масштабе для широкой аудитории.

В 1903 году Генри Форд завершил важное событие в своей жизни и в истории технологических инноваций в США – он вместе с другими инвесторами создал Ford Motor Company. Компания разработала ряд автомобилей, и он стал очень успешным человеком. Например, его Модель Т была одним из первых значительных автомобилей в американской истории и производилась в массовом масштабе. Модель T была впервые представлена ​​в 1908 году и имела несколько функций, которые до сих пор распространены в современных автомобилях. Он оказался чрезвычайно популярным автомобилем, и ему приписывают изменение способов передвижения людей. Его популярность была частично обусловлена ​​несколькими основными факторами. Во-первых, Model T была относительно недорогой, и в то время ее могли себе позволить многие люди. Например, когда он впервые был выпущен, он стоил примерно 825 долларов, что соответствует примерно 23 000 долларов в сегодняшней валюте. Кроме того, благодаря усовершенствованию производства Ford смог снизить стоимость автомобиля, что привело к увеличению продаж. Вторая причина популярности модели Т Генри Форда заключается в том, что ею было легко управлять. У него было разумное рулевое управление, привод и тормозная система, что позволяло большинству людей легко освоить его и использовать. В-третьих, Модель Т была разработана с легко и дешево заменяемыми деталями. Таким образом, для большинства людей было доступно починить и отремонтировать автомобиль самостоятельно. На самом деле Model T была настолько популярна, что к 1914, более 250 000 из них были проданы в США. Продажи увеличились до более чем 472 000 к 1916 году после того, как Ford снизил цену на Model T всего до 360 долларов. Фактически, к 1918 году половина всех автомобилей в Соединенных Штатах была моделью Т. Модель T сохраняла свою популярность у американской публики вплоть до середины 1920-х годов, когда ее в конце концов заменила новая модель A. на большей части мира. Это помогло создать современное общество и привело к другим достижениям в области технологий и транспорта. Фактически, модель T Форда была настолько успешной, что его компания разработала первую сборочную линию для производства автомобилей.

Еще одним нововведением, впервые предложенным Генри Фордом и Ford Motor Company, стало внедрение конвейерной сборки в промышленное производство. При этой модели производства деталь перемещалась по ленте, а рабочие устанавливали отдельные детали. Это означало, что каждый рабочий обычно выполнял одну и ту же установку снова и снова. До этого метода рабочие часто выполняли несколько задач, но развитие сборочной линии упростило производство и привело к резкому увеличению производительности фабрик. Это важно, потому что это позволило Генри Форду быстрее разрабатывать свои автомобили, что позволило ему увеличить продажи, а также снизить общую цену автомобиля. Развитие сборочной линии как метода производства является значительным шагом вперед в массовом производстве товаров. Таким образом, он стал важным методом производства в последние годы промышленной революции и остается важной инновацией до сих пор.

РЕСУРСЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Адам Смит — PowerPoint с заметками Cloze

Адам Смит — Чтение, вопросы и ключ

Карл Маркс — PowerPoint с Cloze Notes (25 слайдов/страниц о его жизни и идеях!)

Детский труд промышленной революции — вопросы и ключ (8 страниц)

Детский труд промышленной революции — PowerPoint с примечаниями (всего 64 слайда)

Промышленная революция в США – PowerPoint с текстом заметок (всего 74 слайда)

Воздействие промышленной революции — PowerPoint с копией примечаний (всего 62 слайда)

Причины промышленной революции — PowerPoint с копией примечаний (всего 44 слайда)

Условия работы промышленной революции — PowerPoint с копией примечаний (всего 36 слайдов)

Промышленная революция Почему Британия была первой — PowerPoint с текстом примечаний (всего 54 слайда)

Условия жизни в условиях промышленной революции — PowerPoint с копией примечаний (всего 30 слайдов)

Изобретения и изобретатели промышленной революции — PowerPoint с копией заметок

Карл Бенц: изобретатель первого современного автомобиля

Карл Бенц, немецкий инженер, создал первый настоящий автомобиль. Конечно, он и не подозревал в то время, что его нововведение произведет революцию на всем земном шаре. Первые автомобили появились примерно через 100 лет после появления железной дороги. Эти транспортные средства улучшили мобильность людей и изменили такие отрасли, как доставка продуктов, торговля и развлечения. Их быстрый подъем в двадцатом веке резко изменил социальный ландшафт.

Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания

Карл Бенц родился в Карлсруэ, Баден в то время (сейчас в Германии). Отец Карла умер, когда ему было два года. Его мать много работала и поддерживала его в начальной школе, а затем в Политехнической высшей школе Карлсруэ (Технологический институт). Карл с детства мечтал о способе передвижения, который не зависит от лошадей или поездов.

г. До Бенца были широко распространены самоходные автомобили. Некоторые инженеры создали «автомобили», которые в основном представляли собой паровые или электрические транспортные средства. Все они были приспособлениями к конным повозкам, но ни одна из них не была практичной. Двигатель внутреннего сгорания был самым важным нововведением в эволюции автомобилей. Вне цилиндра в паровой машине происходило горение (нагретый пар). В 1850-х годах были построены первые функциональные двигатели, в которых сгорание происходило внутри цилиндра, а поршень приводился в движение напрямую. Наиболее значительным из них был двигатель, созданный в 1850 году бельгийским инженером Этьеном Ленуаром (1822-1919 гг.).00).

Первый автомобиль с четырехтактным двигателем

«Четырехтактный» двигатель, созданный в 1876 году немецким ученым Николаусом Отто, стал следующим этапом эволюции автомобилей (1831-1891). Эти четыре периода являются основными концепциями современных бензиновых двигателей и включают в себя впуск топливно-воздушной смеси, сжатие смеси, воспламенение и выпуск. Двигатель Отто был первым настоящим заменителем паровых двигателей.

Карл Бенц жадно следил за достижениями в области проектирования двигателей после окончания средней школы и начал реализовывать свои амбиции по созданию автомобиля. Он работал над несколькими проектами в области машиностроения, прежде чем переехать в соседний Мангейм в 1871 году. В 1870-х Бенц изобрел двухтактный бензиновый двигатель. В этом двигателе четыре операции четырехтактного двигателя были объединены дважды: один раз вверх и один раз вниз. Четыре года спустя он основал фирму с двумя другими людьми. Benz & Cie. Rheinische Gasmotorenfabrik — так называлась корпорация. Бизнес начался с починки велосипедов. Затем они расширились до производства машин и двигателей, и фирма значительно преуспела.

Первый трехколесный автомобиль

Benz & Cie. оказался успешным, и этот успех дал Бенцу время и уверенность, необходимые для осуществления его мечты. Бенц сделал первый автомобиль к концу 1885 года. Этот первый автомобиль был трехколесным автомобилем с одноцилиндровым четырехтактным двигателем. Первый автомобиль Бенца сочетал в себе несколько важных изобретений его конструкции.

Среди них были катушка электростартера, дифференциалы, простое сцепление и система водяного охлаждения. Несмотря на напряженную работу и блестящие изобретения, Бенц так и не смог разработать четырехколесный автомобиль . Он выбрал легкий путь и продолжал использовать три колеса на своих машинах. Переднее колесо поворачивалось влево и вправо рукояткой в ​​виде румпеля.

Benz подал заявку на патент в январе 1886 года и получил патент в ноябре того же года. Его заявка была одобрена, потому что созданный Бенцем автомобиль мог приводиться в движение своим источником энергии, а не внешним.

К 1888 году Карл Бенц усовершенствовал свой дизайн и начал производить больше автомобилей. Эмиль Роже, французский инженер и бизнесмен, живущий в Париже, получил права на продажу автомобиля, произведенного Benz за пределами Германии, и автомобиль получил широкое распространение.

После нескольких инноваций, таких как первый в мире карбюратор , в 1887 году был продан первый Benz Patent-Motorwagen . Бенц начал производство автомобиля и продвижение его для продажи в 1888 году. в продаже в истории. Однако обществу было нелегко привыкнуть к этому новому странному изобретению.

Итак, жена Бенца Берта (1849–1944) отправилась с двумя его сыновьями из Мангейма в его родной город Пфорцхайм 18 августа 1888 года, чтобы познакомить общество с новым автомобилем. Общее расстояние составило 200 километров. Люди проявили к этому большой интерес, и в результате этого интереса Benz Motorwagen стал очень успешным, а автомобильная эра началась.

Участие Генри Форда в разработке доступных автомобилей

Даже через 20 лет после того, как Карл Бенц запатентовал первый автомобиль , число владельцев автомобилей было небольшим. Производство каждого автомобиля вручную увеличивало затраты и цены, поэтому покупательский спрос был низким. В 1908 году американский бизнесмен Генри Форд попытался изменить эту ситуацию, выпустив лозунг «Автомобиль для всех».

Датчик Холла и принцип его работы. Типы датчиков и их особенности.

Главная » Виды датчиков

Содержание

1. Что такое датчик Холла
2. Какие бывают типы датчиков Холла
3. Применение датчиков Холла
4. Датчик Холла или геркон?

Что такое датчик Холла

Для того чтобы понять, что такое датчик Холла нужно сначала разобраться какие физические свойства он использует. Этот датчик использует внешние магнитные поля и их воздействием на проводники или полупроводники.

В них используется принцип Холла, который заключается в том, что если по проводнику или полупроводнику протекает ток в одном направлении и он проходит перпендикулярно магнитному полю, то можно измерить напряжение, проходящее под прямым углом к движению тока.

В 19 веке американский физик Эдвин Холл проводил эксперименты с пластиной золота через которую он пропускал электрический ток. Когда он поднес к пластине постоянный магнит, то обнаружил на гранях перпендикулярных протеканию тока разность потенциалов т. е. напряжение. В честь этого ученого и назвали этот эффект.

Датчик Холла является магнитным датчиком т.е. устройством, генерирующим электрические сигналы пропорциональные магнитному полю, которое к нему приложено. Далее сигнал может усиливаться и преобразовываться для дальнейшей обработки.

Самым простым примером применения эффекта Холла могут служить токоизмерительные клещи, которые применяются для бесконтактного определения силы тока, протекающего по проводнику.

Какие бывают типы датчиков Холла

Датчики Холла подразделяются на два типа:

1. Аналоговые датчики Холла
   В этом типе датчиков использовано преобразование магнитной индукции напрямую в напряжение. Свое применение аналоговые датчики нашли в измерительных технических устройствах. Это, например, датчики тока, датчики вибрации, датчики угла поворота.
2. Цифровые датчики Холла
   Цифровой датчик Холла имеет всего два положения, которые показывают наличие или отсутствие магнитного поля. Практически это аналог геркона, но если в герконе присутствует механический контакт, то цифровой датчик Холла бесконтактный.

Подразделяются такие датчики на три вида:

• Униполярный – когда сила магнитного поля достигает определенной величины датчик срабатывает. Такие датчики откликаются только на один полюс. Если к датчику поднести магнит другим полюсом, то датчик на него не реагирует. Когда сила магнитного поля снижается датчик возвращается в исходное положение.
• Биполярный – в этом случае имеет значение полярность магнитного поля. Один полюс включает датчик, другой полюс выключает.
• Омниполярный датчик Холла – реагирует на любой магнитный полюс. Т.е. любой полюс может включать и выключать датчик. Это может быть, как южный, так и северный полюс.

Как правило цифровой датчик Холла имеет три вывода и внешне похож на транзистор.

На два вывода датчика подается питание, которое может быть, как однополярным, так и двуполярным. Третий вывод сигнальный. Такой тип датчиков часто применяется в бесконтактных системах зажигания, как датчик скорости в автомобилях и т.д.

Применение датчиков Холла

Разберем более подробно области применения датчиков Холла.

• В смартфонах датчик Холла используется в комплекте с магнитным чехлом. Он позволяет определить чехол открыт или закрыт. Если чехол открыт, то смартфон включается, если открыт, то выключается. Также преобразователь Холла ориентирует телефон по горизонту земли и помогает работе компаса. На мобильных телефонах-раскладушках также применяется датчик Холла для определения телефон находится в открытом или закрытом положении.

• В ноутбуках также датчик используется для определения открыта крышка или нет. Сам датчик Холла установлен на материнской плате. На крышке ноутбука установлен магнит. Закрываем крышку – экран гаснет.
• В стиральных машинах стоит таходачик для подсчета количества оборотов мотора. Электронная система стиральной машинки на основе показаний датчика принимает решение нарастить или уменьшить скорость оборотов и какое количество оборотов нужно для выбранного режима.
• В автомобилях часто используется эффект Холла в системах зажигания. Находится датчик в трамблере и заменяет собой контактор. Он определяет в какой момент появляется искра и передает данные в блок электроники. Могут применяться униполярные или биполярные данные. Момент создания искры и количество импульсов определяется бесконтактно и теоретически датчики могут работать неограниченное время.
• В системах сигнализации в бесконтактных выключателях.
• В системах контроля и управления доступом (СКУД) для чтения магнитных кодов
• В системах определения уровня жидкости.
• Для проверки наличия скрытой проводки.
• Для измерения силы тока.

• В робототехнических наборах для изучения эффекта Холла. Это позволяет наглядно показать, как используются магнитные поля в датчиках.

То есть датчики Холла применяются в технических областях там, где требуется бесконтактный способ считывания информации. Недостатком датчиков Холла является их зависимость от электрических помех в электроцепях и как следствие снижение надежности. Но при создании электронных устройств такие факторы учитываются и позволяют снизить эти негативные воздействия.

Датчик Холла или геркон?

устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

Датчик Холла — прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Его работа основана на эффекте Холла, который представляет собой явление возникновения разности потенциалов в магнитном поле при помещении в него проводника с постоянным током. Это устройство нашло широкое применение в различных приборах и механизмах.

• История создания прибора
• Конструктивные особенности
• Принцип действия
• Виды устройств
• Применение датчика
• Использование сенсоров в смартфонах

История создания прибора

В конце XIX века американский ученый из Балтимора Эдвин Герберт Холл поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и подключил к ней электрический ток. Такое действие привело к появлению напряжения на широких сторонах пластины.

Это явление получило название эффекта Холла и привлекло внимание общественности. Спустя 75 лет, когда промышленность начала выпускать полупроводниковые пленки, это открытие нашло широкое применение в области техники. Сегодня датчики используются:

1. В электронном зажигании на автомобилях.
2. В двигателях компьютерного дисковода и вентилятора.
3. Как основа электронного компаса в смартфонах.
4. В бесконтактных электрических приборах для измерения силы тока и напряжения.
5. В некоторых моделях ионных реактивных двигателей.

Первые разновидности датчиков стали выпускаться в середине XX века. В 1965 году американские специалисты создали твердотельный прибор, который значительно улучшил работу оборудования. Датчики считаются практически вечными, так как не имеют взаимодействующих и трущихся элементов.

Конструктивные особенности

Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм. Датчик имеет три клеммы:

• питающая с входным напряжением 6В;
• нулевой контакт;
• выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.

Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.

Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.

Принцип действия

Принцип работы датчика Холла основан на гальваномагнитном явлении, которое показывает результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником. Полупроводник подключен к электрической цепи, которая меняет его свойства.

Как только появляется поперечное напряжение, то сразу возникает эффект Холла. В этот момент заряд направлен перпендикулярно вектору поля. Такое явление объясняется воздействием на электроны или дырки силы Лоренца, которая и приводит к их отклонению.

Под воздействием этой силы частицы в полупроводнике двигаются в разные стороны, в соответствии со своим знаком. На одной стороне пластины собираются электроны (отрицательный заряд), а на другой частицы с положительным знаком.

По мере накопления зарядов между ними возникает электрический поток, который препятствует их перемещению под воздействием силы Лоренца. При достижении равенства этой силы и магнитного поля полупроводник вступает в фазу равновесия. Именно так и работает датчик Холла.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля. Существуют датчики двух видов:

• цифровые;
• аналоговые.

Цифровые приборы бывают биполярными и униполярными. Биполярные элементы работают в зависимости от полярности магнитного поля, то есть одна включает датчик, а вторая отключает.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

Использование сенсоров в смартфонах

Благодаря небольшим размерам датчики Холла нашли широкое применение в современных электронных гаджетах. В смартфонах они помогают возвращать экран в исходное положение, обеспечивают быстрый запуск GPS поиска, увеличивают срок службы аккумуляторной батареи и так далее.

Способность реагировать на магнитное поле используется в раскладывающихся телефонах и ноутбуках. Благодаря наличию датчика, происходит включение устройств при открытии и отключение при закрытии экрана. В смартфонах такую же функцию выполняет датчик, который взаимодействует с магнитом, встроенным в чехол книжку. Когда чехол открывается, то воздействие поля ослабевает и сенсор включает подсветку экрана. Преобразователь Холла в гаджетах выполняет следующие полезные функции:

• обеспечивает ориентирование по отношению к горизонту земли;
• работает в качестве компаса мобильного устройства;
• совершает ориентирование экрана.

Немаловажное значение датчик имеет в устройстве видеокамеры. Вкупе со специальной микросхемой он позволяет корректировать качество изображения. Особенно это проявляется при съемках в вечернее время.

Что такое эффект Холла и как работают датчики Холла

В этом уроке мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник ниже.

Обзор

Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитного поля, датчики на эффекте Холла очень популярны и имеют множество современных применений. Например, их можно найти в транспортных средствах в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала. Также они часто используются в качестве переключателей, компасов MEMS, датчиков приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.

Что такое эффект Холла?

Вот эксперимент, который объясняет эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы пропускаем через нее ток, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямолинейный поток носителей заряда из-за силы, называемой силой Лоренца (Википедия). В таком случае электроны отклонятся к одной стороне пластины, а положительные дырки — к другой стороне пластины. Это означает, что если мы сейчас поместим метр между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

Таким образом, эффект получения измеряемого напряжения, как мы объяснили выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году. маленькое напряжение всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно изготавливаются со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

Существует два типа датчиков Холла, один с аналоговым, а другой с цифровым выходом. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальных схем видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорциональным выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения близости из-за их непрерывного линейного выходного сигнала.

С другой стороны, датчики с цифровым выходом обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ». Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал либо высокий, либо низкий. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить мой специальный учебник для этого.

Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

Другими современными приложениями этих датчиков являются измерение частоты вращения колеса/ротора или оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые размещаются рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, изменяется окружающее магнитное поле, что приводит к повышению или понижению выходного сигнала датчика. Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой сигнал прямоугольной формы, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.

Основные сведения о датчиках Холла

Датчик Холла представляет собой датчик магнитного поля, выполненный на основе эффекта Холла. Эффект Холла — разновидность магнитоэлектрического эффекта. Это явление было открыто Холлом (А. Х. Холл, 1855-1938) в 1879 г. при изучении механизма проводимости металлов.

Каталог

Ⅰ Введение

Датчик Холла представляет собой датчик магнитного поля, выполненный на основе эффекта Холла. Эффект Холла — разновидность магнитоэлектрического эффекта. Это явление было открыто Холлом (А. Х. Холл, 1855-1938) в 1879 г. при изучении механизма проводимости металлов. Позже было обнаружено, что полупроводники, проводящие жидкости и т. д. также обладают этим эффектом, причем эффект Холла у полупроводников гораздо сильнее, чем у металлов. Различные элементы Холла, изготовленные с использованием этого явления, широко используются в технике промышленной автоматизации, технологии обнаружения, обработки информации и т. д. Эффект Холла является основным методом изучения характеристик полупроводниковых материалов. Коэффициент Холла, измеренный в эксперименте с эффектом Холла, может определять важные параметры, такие как тип проводимости, концентрация носителей и подвижность носителей в полупроводниковых материалах.

Ⅱ Как работает датчик Холла?

В соответствии с принципом эффекта Холла величина потенциала Холла зависит от Rh, постоянной Холла, которая связана с полупроводниковым материалом; I — ток смещения элемента Холла; B — напряженность магнитного поля; d, толщина полупроводникового материала.

Для данного устройства Холла, когда ток смещения I фиксирован, UH будет полностью зависеть от измеренной напряженности магнитного поля B.

Элемент Холла обычно имеет четыре вывода, два из которых являются входными выводами тока смещения I элемента Холла, а два других являются выводами напряжения Холла. Если две выходные клеммы образуют внешнюю петлю, будет генерироваться ток Холла. Вообще говоря, настройка тока смещения обычно задается внешним источником опорного напряжения. Если требования к точности высоки, источник опорного напряжения заменяется источником постоянного тока. Для достижения высокой чувствительности некоторые элементы Холла снабжены сплавами с покрытием с высокой магнитной проницаемостью; потенциал Холла датчика этого типа велик, но насыщение происходит около 0,05 Тл.

Рис.1. Эффект Холла

К обоим концам листа полупроводника прикладывают управляющий ток I, а в вертикальном направлении листа прикладывают однородное магнитное поле с силой магнитной индукции B, затем прикладывают напряжение Холла с разностью потенциалов UH будет генерироваться в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю.

Полупроводниковая микросхема Холла находится в магнитном поле, и постоянный ток I проходит от А к В через микросхему. Под действием силы Лоренца поток электронов I смещается в одну сторону при прохождении через холловский полупроводник, вызывая разность потенциалов листа в направлении CD, которая представляет собой так называемое холловское напряжение.

Напряжение Холла изменяется в зависимости от силы магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем выше напряжение. Чем слабее магнитное поле, тем ниже напряжение. Напряжение Холла очень мало, обычно всего несколько милливольт, но оно усиливается усилителем в интегральной схеме. Напряжение может быть достаточно усилено, чтобы выводить более сильный сигнал. Если в качестве датчика используется ИС Холла, требуется механический способ изменения интенсивности магнитной индукции. Метод, показанный на рисунке ниже, использует вращающуюся крыльчатку в качестве переключателя для управления магнитным потоком. Когда лопасть крыльчатки находится в воздушном зазоре между магнитом и ИС Холла, магнитное поле отклоняется от встроенного чипа и исчезает напряжение Холла. Таким образом, изменение выходного напряжения ИС Холла может указывать на определенное положение приводного вала крыльчатки. Используя этот принцип работы, микросхема Холла может использоваться в качестве датчика опережения зажигания. Датчик Холла является пассивным датчиком. Для работы требуется внешний источник питания. Эта функция позволяет обнаруживать работу на низкой скорости.

Рис.2. Датчик на эффекте Холла

1- Элемент из полупроводниковых материалов Холла 2- Постоянный магнит 3- Лезвие, блокирующее линию магнитного поля

Ⅲ Эффект Холла

Приложение магнитного поля, перпендикулярного направлению тока в полупроводнике, вызовет электроны и дырки в полупроводнике собираться в разные стороны под действием силы Лоренца в разные стороны, и между скопившимися электронами и дырками будет генерироваться электрическое поле. После того, как сила уравновесится с силой Лоренца, она больше не собирается. В это время электрическое поле будет подвергать последующие электроны и дырки силе электрического поля и уравновешивать силу Лоренца, создаваемую магнитным полем. Отверстия могут проходить плавно без смещения, это явление называется эффектом Холла. Генерируемое встроенное напряжение называется напряжением Холла.

Эффект Холла особенно важен в прикладной технике. Холл обнаружил, что если к проводнику (d), находящемуся в магнитном поле (В), приложить ток (Iv), то направление магнитного поля перпендикулярно направлению приложенного напряжения, то оно одновременно перпендикулярно магнитному поля и перпендикулярно направлению приложенного тока Другое напряжение (UH) будет генерироваться в направлении. Напряжение называется напряжением Холла. Это явление называется эффектом Холла. Это как дорога. Все равномерно распределились по дороге и двинулись вперед. Когда есть магнитное поле, всех может оттолкнуть вправо от дорожки. По обеим сторонам дороги (проводника) будет разность напряжений. Это называется «эффектом Холла». Устройство Холла, выполненное на эффекте Холла, должно использовать магнитное поле в качестве рабочей среды для преобразования параметров движения объекта в форму цифрового выходного напряжения, чтобы оно имело функции восприятия и переключения.

К устройствам Холла, которые до настоящего времени широко применялись в современных автомобилях, относятся датчики сигналов на распределителях, датчики скорости в системах АБС, автомобильные спидометры и одометры, детекторы физических величин жидкости и токов различных электрических нагрузок, обнаружение и диагностика условий работы, датчики частоты вращения и угла поворота коленчатого вала, различные переключатели и т. д.

Ⅳ Классификация датчиков Холла

Датчики Холла делятся на линейные датчики Холла и переключают датчики Холла .

(1) Датчик Холла импульсного типа состоит из регулятора напряжения, элементов Холла, дифференциального усилителя, триггера Шмитта и выходного каскада, который выводит цифровую величину. Существует также специальная форма датчика Холла переключающего типа, называемая датчиком Холла замкового типа.

(2) Линейный датчик Холла состоит из элементов Холла, линейного усилителя и эмиттерного повторителя, который выдает аналоговую величину.

Линейные датчики Холла можно разделить на датчики с разомкнутым и замкнутым контуром. Датчик Холла с замкнутым контуром также называют датчиком Холла с нулевым потоком. Линейные датчики Холла в основном используются для измерения переменного и постоянного тока и напряжения.

Как показано на рисунке 3, где Bnp — интенсивность магнитной индукции в рабочей точке «включено», а BRP — интенсивность магнитной индукции в точке срабатывания «выключено». Когда приложенная интенсивность магнитной индукции превышает точку действия Bnp, датчик выдает низкий уровень. Когда интенсивность магнитной индукции падает ниже точки действия Bnp, уровень выходного сигнала датчика не изменяется, и датчик будет переходить от низкого уровня до тех пор, пока не упадет до точки отпускания BRP до высокого уровня. Гистерезис между Bnp и BRP делает действие переключения более надежным.

Рис.3. Тип переключателя Датчик Холла

2. Тип ключа

Как показано на рисунке 4, когда интенсивность магнитной индукции превышает рабочую точку Bnp, выходной сигнал датчика изменяется с высокого уровня на низкий уровень. После отмены внешнего магнитного поля его выходное состояние остается неизменным (т. е. запертое состояние), и только когда интенсивность магнитной индукции достигает BRP, уровень можно изменить.

Рис.4. Ключевой датчик Холла

Выходное напряжение имеет линейную зависимость от напряженности приложенного магнитного поля. Как показано на рисунке 5, видно, что существует хорошая линейность в диапазоне интенсивности магнитной индукции от B1 до B2. Когда интенсивность магнитной индукции превышает этот диапазон, происходит насыщение.

Рис.5. Датчик Холла линейного типа

Поскольку внутри соленоида, находящегося под напряжением, существует магнитное поле, его величина пропорциональна току в проводе, поэтому датчик на эффекте Холла можно использовать для измерения магнитного поля, чтобы определить силу тока в проводе. Используя этот принцип, можно спроектировать и изготовить датчик тока Холла. Преимущество датчика Холла в том, что он не имеет электрического контакта с тестируемой цепью. Таким образом, он не влияет на тестируемую цепь и не потребляет мощность тестируемого источника питания и особенно подходит для измерения больших токов.

Принцип работы датчика тока Холла показан на рисунке. Стандартный кольцевой сердечник имеет зазор. Вставьте датчик Холла в зазор. Кольцо намотано катушкой. Когда ток проходит через катушку, создается магнитное поле, и датчик Холла имеет выходной сигнал.

Датчик тока магнитного баланса также называется датчиком тока с обратной связью Холла, также известным как компенсационный датчик. Магнитное поле, создаваемое измеренным током Ip основного контура на магнитном кольце, проходит через вторичную катушку, так что датчик Холла находится в рабочем состоянии обнаружения нулевого магнитного потока.

Конкретный рабочий процесс датчика тока магнитного баланса: когда ток проходит через основной контур, магнитное поле, генерируемое на проводе, собирается магнитным кольцом и индуцируется на устройстве Холла, а генерируемый выходной сигнал используется управлять соответствующей силовой лампой, чтобы получить компенсационный ток Is. Затем этот ток создает магнитное поле через многовитковую обмотку, которое прямо противоположно магнитному полю, создаваемому измеряемым током, тем самым компенсируя исходное магнитное поле и постепенно уменьшая выходную мощность устройства Холла. Когда магнитное поле, создаваемое путем умножения Ip и числа витков, равно, Is больше не увеличивается, и прибор Холла в это время играет роль указателя нулевого магнитного потока, который может быть уравновешен Is. Любое изменение измеряемого тока нарушит этот баланс. Как только магнитное поле выходит из равновесия, устройство Холла имеет выходной сигнал. Сразу после усиления мощности через вторичную обмотку протекает соответствующий ток для компенсации неуравновешенного магнитного поля. Время, необходимое от дисбаланса магнитного поля до восстановления равновесия, теоретически составляет менее 1 мкс, что является процессом динамической балансировки.

Рис.6. Датчик тока с обратной связью

Ⅴ Преимущества датчика Холла

1. Датчики Холла могут измерять произвольные формы сигналов тока и напряжения, такие как сигналы постоянного, переменного и импульсного тока, и даже переходные пики. Вторичный ток точно отражает форму волны первичного тока. Обычный трансформатор бесподобен, он подходит только для измерения синусоиды 50 Гц;

2. Между первичной и вторичной цепями имеется хорошая электрическая изоляция, и напряжение изоляции может достигать 9 В.600 В среднекв.;

3. Высокая точность: точность лучше 1% в диапазоне рабочих температур, что подходит для измерения сигналов любой формы;

4. Хорошая линейность: лучше 0,1%;

5. Широкая полоса пропускания: время нарастания широкополосного датчика тока может быть менее 1 мкс; однако полоса пропускания датчика напряжения узкая, как правило, в пределах 15 кГц, время нарастания высоковольтного датчика напряжения 6400 В среднеквадратичного значения составляет около 500 мкс, а полоса пропускания составляет около 700 Гц.

6. Диапазон измерения: Датчики Холла являются серийными продуктами, измерение тока может достигать 50 кА, измерение напряжения может достигать 6400 В.

Ⅵ Применение датчика Холла